Разработчик-самоучка по имени Майк представил свой новый проект — 8-битный компьютер, построенный исключительно на компонентах середины прошлого века. В конструкции устройства отсутствуют современные микропроцессоры или микроконтроллеры. Вместо них автор использовал 460 советских двойных триодов 6Н3П (6N3P-EV), произведенных около 50 лет назад, в сочетании с подходящими по эпохе германиевыми диодами. Данная установка, получившая название The Tube Computer (MK3), стала уже третьей попыткой инженера создать машину на вакуумных лампах за последнее десятилетие, причем предыдущие версии иногда заканчивались техническими сбоями.
Особенности эксплуатации ламповой архитектуры
Работа с вакуумными лампами требует особого подхода, так как эти компоненты отличаются хрупкостью и габаритами. Каждая лампа 6Н3П из старых запасов имеет ресурс около 500 часов работы, поэтому Майк заранее подготовил запасные элементы, разместив всю конструкцию на стене с доступом по стремянке. Система выделяет значительное количество тепла, из-за чего в помещении всегда поддерживается высокая температура, а воздух наполняется характерным запахом горящей пыли. Наличие огнетушителя под рукой в мастерской автора является обязательной мерой безопасности.
Процесс запуска компьютера требует ожидания от 10 до 15 минут для прогрева ламп до рабочего состояния. После этого пользователю необходимо выполнить обязательную процедуру сброса, чтобы привести компоненты в унифицированное операционное состояние. В основе архитектуры устройства лежит арифметико-логический блок, выполняющий пять базовых функций: сложение, перенос, логическое «НЕ», инкремент и XNOR. При этом компьютер использует неконвейерную архитектуру с шестишаговым циклом выборки и одношаговым циклом исполнения.
Техническое оснащение и взаимодействие
Для создания полноценного вычислительного узла автором были использованы следующие компоненты:
- 460 вакуумных ламп 6Н3П;
- 46 печатных плат для ламп;
- акриловая панель размером 190 на 130 см и толщиной 4 мм;
- три алюминиевых профиля (2 метра каждый, 30×30 мм);
- пять плат объединительной панели.
Способы управления компьютером зависят от текущей программы. В данный момент устройство настроено на запуск симулятора дирижабля R80, совершающего рейс из Брайтона в Париж. Управление осуществляется через изображение капитанского мостика: мембранные кнопки подают напряжение 5 вольт напрямую на входную плату компьютера. Это позволяет пользователю регулировать балласт, сброс газа, мощность двигателей, работу рулей высоты и направления, а также управление носовым швартовочным механизмом. Дополнительной деталью оформления стал звуковой дисплей с перекидными цифрами, ранее использовавшийся на железных дорогах Великобритании.
Технические подробности и особенности конструкции
Интересно, что этот проект Майка стал результатом эволюции предыдущих попыток инженера; автор отмечает, что в прошлом его эксперименты с ламповой схемотехникой нередко заканчивались довольно «взрывными» инцидентами. В текущей итерации MK3 особое внимание уделено не только вычислительной части, но и физическому воплощению системы. Вся конструкция закреплена на массивной акриловой панели площадью почти 2,5 квадратных метра (190 см на 130 см), закрепленной на алюминиевом каркасе из трех двухметровых профилей сечения 30×30 мм.
Важным аспектом является выбор элементной базы. Помимо 460 советских двойных триодов 6Н3П-ЕВ, автор задействовал германиевые диоды, соответствующие духу эпохи. Такое сочетание требует постоянного внимания со стороны владельца: из-за малого ресурса ламп и их способности выйти из строя в любой момент, Майку приходится постоянно держать под рукой запасные компоненты. Кроме того, высота конструкции вынуждает использовать стремянку для обслуживания отдельных узлов.
Архитектура и управление
С точки зрения аппаратной логики, компьютер представляет собой пример минимализма, продиктованного физическими ограничениями ламп. Его архитектура построена вокруг арифметико-логического устройства, которое ограничено пятью функциями, необходимыми для базового набора инструкций: суммирование (sum), перенос (carry), инверсия (not), инкремент (increment) и логическое сравнение (XNOR). Выполнение команд реализовано через неконвейерный процесс: каждый цикл состоит из шести этапов выборки (fetch) и одного этапа исполнения (execute).
Особого внимания заслуживает способ взаимодействия с системой, реализованный через симулятор управления британским дирижаблем R80. Мембранные кнопки, имитирующие пульт управления на мостике, физически подают 5 вольт напрямую на входную плату, что позволяет в реальном времени манипулировать балластом, системой выпуска газа, мощностью двигателей и швартовочными механизмами. Колоритную картину дополняет использование в качестве индикатора внешнего устройства — перекидного табло, снятого с британских железных дорог, которое издает характерный механический звук при каждом обновлении данных.
